關鍵詞：PLC 溫度控制 熱電阻模塊 通信

Abstract：The design and research of temperature control system composed of SLC500 PLC are introduced. The external interfacing method of PLC and PC input and output as well as the design of hardware and software for display expansion are discussed. The communication between PLC and PC and the data processing technology are analyzed. Partial program is given.

Keywords：PLC Temperature control Resistance thermometry module Communication

0 引言

　　隨著電子技術的發(fā)展计呈，可編程序控制器（PLC）已經由原來簡單的邏輯量控制，逐步具有了計算機控制系統的功能征唬。在現代工業(yè)控制中捌显，PLC 占有了很重要的地位，它可以和計算機一起組成控制功能完善的控制系統总寒。在許多行業(yè)的工業(yè)控制系統中扶歪，溫度控制都是要解決的問題之一。如塑料擠出機大都采用簡單的溫控儀表和溫控電路進行控制摄闸，存在控制精度低善镰、超調量大等缺點，很難生產出高質量的塑料制品[1>滨胰。在一些熱處理行業(yè)都存在類似的問題崭夺。為此，設計了較為通用的溫度控制系統感栋，具體系統參數或部分器件可根據各行業(yè)的要求不同來進行調整史代。系統采用羅克韋爾SLC500系列PLC，通過PLC串口通信與計算機相連接姥仍，界面友好乐玛、運行穩(wěn)定。

1 系統構成

　　基于PLC的溫度控制系統一般有兩種設計方案，一種是PLC擴展專用熱電阻或熱電偶溫度模塊構成纪立，另一種是PLC擴展通用A/D轉換模塊來構成[2>休台。

　　1.1擴展熱電阻/熱電偶模塊

　　在SLC500控制器擴展模塊中，有集溫度采集和數據處理于一身的專用智能溫度模塊—熱電阻/電阻信號輸入模塊（1746-NR4）胰肆。在此模塊中溫度模擬量產生對應的16位A/D數字值征啦，其對熱電阻變送的溫度信號的分辨率約為1/8度，控制器在數值處理中可以直接使用模塊的轉換值桦闪，無需在硬件級電路上作其他處理侠坎。熱電阻溫度模塊的使用十分方便，只需要將熱電阻接到模塊的接線端子上裙盾，不需要任何外部變送器或外圍電路实胸，溫度信號由熱電阻采集，變換為電信號后番官，直接送人溫度模塊中庐完。熱電偶/毫伏輸入模塊（1746-NT4）的功能與熱電阻/電阻信號輸入模塊（1746-NR4）類似。系統如圖1所示徘熔。

　　1.2擴展通用A/D模塊

　　在PLC溫度控制系統中门躯，可以用通用模擬量輸入輸出混合模塊構成溫度采集和處理系統。通用A/D轉換模塊不具有溫度數據處理功能酷师，因此溫度傳感器采集到的溫度信號要經過外圍電路的轉換生音、放大、濾波窒升、冷端補償和線性化處理后，才能被A/D轉換器識別并轉換為相應的數字信號慕匠。SLC500系列PLC常用的模擬量輸入輸出混合模塊有—2路差分輸入/2路電壓輸出模塊（1746-NIO4V）饱须，其A/D轉換為16位。由A/D轉換模塊構建的溫控系統不但需要外加外圍電路隔阔，而且其軟件和硬件的設計也比較復雜果孝。系統如圖2所示。

2 輸入輸出控制

　　比較而言用溫度模塊1746-NR4構建的PLC溫控系統具有較好的控制效果贵式。SLC500控制器的輸入通道中一個熱電阻模塊最多可以接4個溫度熱電阻溫度傳感器炼缰。輸出通道為模擬量輸出模塊（1746NIO4V），其輸出信號是電壓信號衬榕，可以通過電壓調整器控制電源的開度（即一周期內的導通比率）脸婉，從而控制電源的輸出功率。

　　在被控對象要求較高的控溫精度時杈夜，SLC500控制器可以采用PLC自身具有的PID指令進行PID控制算法的研究[3>尝赵。SLC500系列PLC的PID指令使用下列算法：

　　輸出=Kc[（E）+1/Ti∫（E）dt+Td·D（PV）/Dt>+bias

　　程序設計時，輸入PID指令后，要輸入控制塊弓呵，過程變量和控制變量的地址六赢。對于SLC500 PID指令，過程變量（PV）和控制變量（CV）兩者的量度范圍為0到16383茉漂。在使用工程單位輸入時劳景，必須首先把用戶的模擬量范圍整定在0-16383數字量度范圍之內，為了實現這個目的碉就，需要在PID指令之前使用數值整定指令（SCP指令）進行整定盟广。整定原理如圖3。

　　整定了PID指令的模擬量I/O范圍铝噩，用戶就能輸入適用的最小和最大的工程單位衡蚂。過程變量，偏差骏庸，設定點和死區(qū)將在PID數據監(jiān)視屏上以工程單位顯示毛甲。圖4為PID指令的設置界面，表1為PID指令各參數的說明具被。

　　表1 PID模塊參數說明

　　一般溫控系統的控制算法可以采用分段式PID控制玻募，即在系統工作的大多數時間內，為PID控制一姿，其參數由10%電源開度下的溫度飛升曲線測得七咧。在溫度響應曲線的由初態(tài)向設定點的上升段過程中，大致采用三段控制叮叹。首先置電源為滿開度顿储，以最大的功輸出克服熱慣性;接下來轉入PID控制;接近設定點時置電源開度為0，提供一個保溫階段济问，以適應溫度的滯后溫升遮店。基于以上要求吝殖，PID指令各參數可設置如表2所示戳酒。

　　表2 PID模塊參數設定

　　溫控系統中熱電阻模擬量輸入模塊的電壓信號范圍一般是0—4124，SCP指令把它整定為0—16383的工程單位帚颤，將其值放入PV（過程變量）的內存地址N7:38中伟杂，把控制輸出值放入N7:39當中。最后用MOV指令把N7:39中的過程變量傳遞到1746NIO4V模擬量輸出模塊中饮噪∶玻控制效果如下：（1）SP-PV≥50時，輸出值為最大值32767藏络，使電壓調節(jié)器開度最大糜透，即給加熱器最大電壓供電，使被測對象溫度快速上升。（2）SP-PV>-30和SP-PV<50時粤咪，輸出為PID控制輸出谚中，此范圍為PID參數調節(jié)的范圍。（3）SP-PV<-30時寥枝，輸出值為最小值0宪塔，電壓調節(jié)器開度為零，即停止加熱囊拜。

3 顯示擴展

　　PLC控制系統顯示界面比較單調某筐，一般是通過觀察控制柜上的指示燈或PLC的LED燈來了解控制器狀態(tài)，但對于溫控系統這樣的顯示是不夠的冠跷，需要采用數碼管顯示或PC顯示南誊。

　　采用數碼管顯示時，可以選用ZLG7289A芯片[4>蜜托，它與控制器采用3線串行接口抄囚，只需要占用SLC500的3個輸出點，可以驅動8個LED數碼顯示管橄务，同過級聯可以擴展數碼顯示管的數量幔托，實現多段實時溫度顯示。SLC500與ZLG7289A的連接如圖5所示王庐。

　　圖5中CS為片選輸入端细周，此腳為低電平時，可向芯片發(fā)送指令;CLK是時鐘輸入端毫例，;DATA是串行數據輸入端谒酌，串行數據在時鐘CLK的上升沿有效。8個段驅動信號SEG接每個顯示器的段惹捡，8個位驅動信號DIG0—DIG7分別接顯示器的共陰極公共地祸芙。

　　SLC500有RS232通信口，可以通過專用電纜與PC機相連科谨。通過Rsview32軟件的組態(tài)，PC機可以動態(tài)顯示PLC傳送的溫度采集數據时憾，還可以通過聯網對多臺PLC進行網絡監(jiān)控渊喘。

4 PLC與PC通信設計

　　4.1 PLC數據包的信息格式

　　SLC500與上位機進行數據交換是以二進制字節(jié)數據進行，它包含四種主要命：讀命令鸽拱，代碼：01H;響應讀命令拨才，代碼：41H;寫命令，代碼：08H;響應寫命令谓苟，代碼：48H[5>官脓。故PLC數據包的信息格式如圖6所示：

　　DST：一個字節(jié)，信息接收方的節(jié)點號或文件號;

　　SRC：一個字節(jié)，信息發(fā)出方的節(jié)點號;

　　CMD：一個字節(jié)卑笨，命令類型如01H孕暇，41H，08H或48H;

　　STS：一個字節(jié)赤兴，通信狀態(tài)妖滔，表示通信有無錯誤或錯誤類型，0為無錯誤;

　　TNS：二個字節(jié)桶良，信息包的業(yè)務批號座舍，可作為本信息的識別編號;

　　Addata：地址/字節(jié)數/數據，具體內容由不同的命令類型決定陨帆。

　　PLC與PC機的數據通信采用自由端口通信模式曲秉，參數設置成為波特率9600bps，每個字符8位數據疲牵，無奇偶校驗承二。采用主從式通信協議，PC機為主機测扼，只有PC機有權主動發(fā)送報文慷郎，PLC則采用報文接受數據。用RSLogix500軟件對SLC500的串口進行如下設置：

　　1） set the module for full duplex BSC （DF1 full duplex）

　　2） set the module for embedded response

　　3） set detect for automatic

　　4） disable duplicate packet detect

　　5） set the baud rate for 9600.

　　4.2 PC機程序

　　PC機采用VB編程纲秫，主要有監(jiān)控界面促驶、當前溫度顯示、動態(tài)溫度曲線顯示单步、溫度數據庫管理物遗、參數設置以及與PLC通信等方面的設計。通信參數設置程序如下：

　　With MSComm1 //通信參數設置

　　CommPort=1 //通信口COM1

　　Settings=“9600且奔，年n插撩，8，1” //波特率9600bps此腊，無奇偶校驗摹院，8位數據，1位停止

　　InputLen=2 //一次讀取2個字節(jié)

　　InputMode= comLnputModeBinary // 二進制數據格式

　　PortOpen=Ture //打開通信端口

　　End With

　　PC機采用中斷方式接受SLC500傳來的實時溫度羊捧。即串口收到數據众巷，VB通信控件會觸發(fā)OnComm事件，在OnComm事件程序中接受數據并處理炊豪。一個溫度數據為16位兩個字節(jié)凌箕，SLC500傳送溫度數據時，按報文傳送格式高低字節(jié)正好相反词渤，因此牵舱，VB程序要對接收的數據進行處理串绩，并按照SLC500溫度采集的精度（1/8度）轉換成溫度值用于顯示[6>。

5 結束語

　　本系統設計使用了PLC的熱電阻溫度采集模塊芜壁，在上位機的控制下礁凡，對工業(yè)現場的溫度進行實時的采集和監(jiān)控。本文作者的創(chuàng)新點是沿盅，采用了羅克韋爾的SLC500控制器來實現整個系統的設計把篓，并編程實現了SLC500控制器與計算機串口的實時通信。由于PLC可以適應環(huán)境惡劣的工業(yè)現場腰涧，故其使用范圍十分的廣泛韧掩。